基体偏压对HiPIMS制备非晶碳膜结构和光电性能的影响

王丽^1,2，郭鹏²，左潇²，张栋²，黄美东¹，柯培玲²，汪爱英²

1. 天津师范大学物理与材料科学学院2. 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室

摘 要：采用高功率脉冲磁控溅射（Hi PIMS）工艺在单晶硅和石英基体上沉积a-C膜,研究了基体偏压对其结构和光电性能的影响。结果表明,基体偏压的变化能显著改变薄膜的微观结构。在偏压为0^-300 V条件下制备的a-C膜,sp²的含量均为（52.5±1.5）%,基本不变。偏压为-50 V时sp²团簇的尺寸达到最大值（约1.93 nm）,薄膜的光学带隙（0.15 e V）和电阻率（0.32Ω·cm）达到最小值;偏压继续提高则sp²团簇的尺寸先减小后增加,光学带隙和电阻率先增加后减小,符合非晶碳膜的团簇模型。HiPIMS工艺制备的非晶碳薄膜,其sp²团簇的尺寸决定了薄膜光学和电性学能。薄膜sp²团簇尺寸越大,则光学带隙和电阻率越小。

关键词：材料表面与界面;非晶碳膜;光电性能;高功率脉冲磁控溅射;微观结构;